超大锚链生产设备压档机柱塞油缸的改造

摘要：对超大锚链生产设备-压档机的的核心部件柱塞油缸的改造，主要通过：1. 选用能通过高试验压力的油缸；2. 油缸主要部件缸筒、柱塞选用优质碳素结构钢化成分的材料。3. 对油缸直径、行程，缸筒壁厚，油缸结构、柱塞、缸盖、密封形式、高压负载时柱塞速度，加工工艺等都有了新的设计及改进，机械性能和可靠性大为提高。

关键词： 锚链；压档机；柱塞油缸；缸筒；密封

引言：

锚链是连接于锚和船体或石油钻井平台之间的链条，用来传递和缓冲船舶所受的外力，按照用途锚链分为船用锚链和海洋系泊链。随着钻井平台由浅海迈向深海，海洋系泊链产品向高强度、超长趋势的发展，高附加值海洋系泊链产品成为锚链市场的热点。

正茂集团有限责任公司是船用锚链的制造企业，由于公司原有的压档机满足不了φ152规格的海洋系泊链生产，原油缸结构设计就有明显的缺陷。2012年公司对压档机重新设计改造，项目实施后通过φ162、φ142R4级海洋系泊链长线生产，表明达到设计要求。

1. 设计方案

1.1.锚链生产制造流程中，压档机采用单臂卧式压档机（机械设计略）。

1.2.液压系统原理简介（见图1）

图1液压系统原理 1. 电动机 2. 油泵 3. 滤油器 4. 电磁溢流阀 5. 单向阀 6. 溢流阀 7. 压力表 8. 三位四通换向阀 9. 双向节流阀 10. 二位四通换向阀 11. 充液阀 12. 球阀

1.3.动作流程图（如表1）

2.液压系统优点：

压档机压力属于（大于1000吨）大吨位液压机。采用柱塞油缸空进和回程时利用充液阀实现虹吸的原理，实现快速辅助动作；压档时充液阀关闭，高压泵供油，完成压档工作。柱塞油缸与返回油缸不同时工作，选用双泵形式。液压系统具有结构简单、高效节能。

3.柱塞油缸设计

3.1.柱塞油缸主要参数的确定：根据先期做的试验，φ152R4级有档系泊链压档实际需要的压力为850吨。

3.1.1.液压系统压力确定：油缸选用最高试验压力25MPa.

3.1.2.油缸制造材料的选用：油缸缸筒、柱塞选用45#钢锻造焊接形式（见表2、表3）

3.1.3.油缸直径的确定：油缸最高压力安全系数取0.2，850*1.2=1020T

3.1.4.油缸行程的确定：根据最大规格锚链制造要求和压档机结构尺寸状况，油缸行程750mm。

3.1.5.压档高压负载时柱塞前进的速度：

选用泵的型号YB-E125 电机Y280M-6 泵的流量Q=125*980=122500ml/min

3.1.6.油缸缸筒壁厚的确定：：按厚臂筒计算 对于中高压系统 45#锻缸 [σ]=120

3.1.7.油缸缸底厚度的确定：（缸底有油孔时）

3.1.8.缸盖厚度确定：缸盖为整体法兰

3.2. 油缸结构工艺的设计及改进

3.2.1.原来油缸的结构（见图2）

7. 导向铜套 8. 缸筒

② 存在的问题：

A. 油缸柱塞选用Yx防尘圈，密封圈选用1道U型密封圈，材料均为聚氨酯，导向采用300mm长铸铜1件。

B. 当铜套有间隙，柱塞在承受压力时会沿轴线摆动，密封圈唇边受柱塞摆动产生剪切而损坏。

C. 当液压系统油压变化时产生气穴，油缸没放气孔，油缸动作时易产生抖动和爬行，影响柱塞运动的准确性和平稳性。

3.2.2.新设计的油缸结构（见图3）

① 油缸组成：

1. 柱塞 2. 防尘圈 3. 缸盖 4. SF导向带 5. 螺钉 6. O型密封圈 7. V型夹布密封圈 8. 导向铜套1 9. 缸筒 10. 排气螺塞 11. 导向铜套2 12. 导向铜套2压盖

A. 缸筒形式的确定（见图4）

图4缸筒结构图 缸筒选用45#锻钢，热处理至HB210-229。φ840尺寸安装导向铜套1，过渡配合安装，导向铜套2在缸筒φ800尺寸范围内运动，间隙配合安装，φ800要求有较高的型位公差和尺寸公差，要求孔珩磨并保证φ840孔的同轴度，孔与后焊接，焊后焊缝去应力退火。在距缸底400处加工1排气孔，安装1个M16*1.5内六角螺塞。

B. 柱塞形式的确定（见图5）

为保证φ800尺寸表面耐磨性采取表面镀硬铬，镀后磨削，保证硬铬单边厚0.06。根据结构当柱塞运动到缸底时两铜套、柱塞与缸筒间有液压油，当柱塞向前运动时要把这部分液压油排到柱塞后端，在柱塞安装导向铜套2的前侧加工4-φ16均布孔。

C. 缸盖形式的确定（见图6）

图6缸盖结构形式 缸盖选用45#锻钢，热处理至HB210-229。缸盖与缸筒通过30个M36内六角螺钉连接。φ830宽15.5槽安装P6型防尘圈。外圆φ800宽13深8.4两道沟槽安装两道O型圈。φ808宽25两道沟槽安装SF型导向带。为提高柱塞的导向性能，加工时保证φ808、φ802.5孔与φ800外圆的同轴度。

D. 密封形式的选用

选用德国Merkel Freudenberg公司产品，该公司为世界著名的密封件供应商。

柱塞防尘圈选用P6带有支撑凸块的单向弹性体活塞杆防尘圈，材料为氟橡胶FPM，硬度85邵尔A，由于其外圆定位可靠，在很宽的温度范围内可使用，有非常好的刮擦除尘作用，在腔体内无反向旋转，在密封圈和防尘圈之间不会产生压力，主要用于大直径活塞杆的密封，其线速度为2m/s。

柱塞静密封选用O型圈，材料为Simrit 88 NBR156，使用温度范围为-30℃-100℃，最高使用压力25MPa。当油缸压力大于16 MPa时，材料硬度为90邵尔A。为确保缸盖处密封的可靠性，采用两道密封圈。

柱塞动密封采用ES-V型夹布密封圈，B型组合共7件1组。该密封是1个多元组合密封，由支撑环、压环和多个密封环组成。适用于安装在轴向可调或不可调的沟槽里，具有很好密封效果。载体材料为棉织纤维B，浸泽材料丁晴橡胶NBR，橡胶环材料丁晴橡胶NBR。极限压力40MPa，温度范围为-30℃-100℃。B型密封圈橡胶弹簧压环可提供所需的轴向预紧力，补偿磨损，不需维护，能达到最大工作寿命。

E. 导向形式的设计

材料适用于高负荷和高滑动速度下工作的耐磨零件（见表4、图8）

缸盖中选用德国Merkel Freudenberg公司两组SF导向带。材料为PTFE B500 青铜复合材料。复合材料可防止柱塞运动时“滞塞”和“咬死”现象，在120℃下最大承载7.5N/ m m2，最大线速度5m/s。

油缸共有4个导向原件，导向长度为1340。导向长度比原设计增长，当铜套有磨损间隙时，柱塞沿轴线摆动量减小，改善柱塞运动时的精度，延长密封件的使用寿命。

4. 结束语

该项目于2012年在正茂集团有限责任公司实施，经过φ162、φ142、φ137规格海洋系泊链和φ172船用链生产，该设备可靠，满足生产要求。

参考文献：

1.《液压传动》 周士昌主编 机械工业出版社 1991

2.《液压传动》 成大先主编 化学工业出版社 2004

3.《Dichtelemente Sealing elements》 Merkel Freudenberg Germany

4.《液压元件与系统设计》 李玉林 北京航空航天大学出版社1991